基于熱機耦合的制動盤緊急制動有限元分析及試驗研究.pdf

1、通風盤式制動器是目前乘用車制動系統(tǒng)中的核心部件，在乘用車的安全性和舒適性方面發(fā)揮重要作用，并且制動盤的制動過程是一種典型的熱機耦合過程。為了分析制動盤制動過程中的溫度場與應力場的瞬態(tài)分布特性，預測制動器的熱疲勞壽命，本文選取車速為100km/h，在最短時間內制動停止工況下的制動器為研究對象，建立了制動器三維瞬態(tài)熱機耦合仿真有限元模型，并對其進行了仿真分析。同時，通過臺架試驗得到了制動盤表面徑向溫度變化以及制動盤的使用壽命數(shù)據(jù)，并對仿真和

2、試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析。論文主要的研究內容如下：
　?。?）熱機耦合仿真。在分析國內外關于通風盤式制動器的熱機耦合文獻基礎上，確定了緊急制動條件下對流換熱及熱流輸入邊界條件，建立了三維瞬態(tài)溫度場熱傳導方程，建立了Catia下制動器三維簡化模型，建立了Abaqus下制動系統(tǒng)的有限元仿真模型，仿真分析了緊急制動過程中制動盤溫度場和應力場在不同方向上的分布特性及相互耦合關系。
　?。?）壽命預測。結合仿真結果分析了制動盤表面在循環(huán)

3、交變熱載荷的作用下萌生裂紋的一般原因，易損傷的具體部位以及損傷發(fā)展的一般趨勢，并采用經(jīng)驗公式預測在緊急制動的條件下，制動盤的熱疲勞壽命。
　?。?）試驗研究。搭建制動器的制動試驗平臺，設定對應工況條件下的試驗參數(shù)，利用遠紅外溫度傳感器測量制動過程中盤表面溫度在徑向方向上的變化規(guī)律，并測試了制動盤的最終使用壽命。
　　仿真和試驗結果表明：
　?。?）總體來說，應力場與溫度場呈現(xiàn)先快速上升后緩慢下降的趨勢；摩擦接觸區(qū)域表面

4、應力場與溫度場由于移動熱流輸入和對流換熱的不斷交替進行，表現(xiàn)出一種鋸齒狀的波動，波動次數(shù)與摩擦片旋轉圈數(shù)保持一致；溫度場與應力場的分布特性基本相似，最大主應力晚于最高溫度出現(xiàn)。
　?。?）制動盤表面是出現(xiàn)裂紋的初始位置，最后沿縱深發(fā)展；車輛以100 km/h的初始速度，在3.46Mpa的制動壓力下緊急制動的制動盤使用壽命為1454次。
　　（3）制動盤表面溫度在徑向方向上的仿真溫度略高于試驗溫度；試驗使用壽命與預測壽命基本吻